外延生长工艺原理10.ppt

外延生长工艺原理 外延生长 在单晶衬底上淀积一层薄的单晶层 单晶取向值取决于源衬底的结晶晶向 同质外延当衬底与外延层具有相同材料异质外延外延结扩散结外延形成的PN结不是通过杂质补偿形成的 接近于理想的突变结 外延层的优点 可以获得理想高质量的硅材料在单晶材料加工过程中 不可避免地引入严重的表面机械损伤及表面自吸附足够多的杂质 虽然经历了切割 研磨和抛光 也许能达到很好的光洁度和平整度 但是也存在肉眼看不见的缺陷 可以解决击穿电压和集电区串联电阻之间的矛盾 外延晶层制备技术的灵活性由利于提高IC集成度实现隔离技术 由于在进行隔离墙扩散时 横向扩散与纵向扩散的距离几乎相等 如果外延层较厚 相应的增加了横向扩散的距离 降低了集成度 有利于提高少子寿命 降低IC存储单元的漏电流集成电路的有源区在高温的条件下常会诱生处大量的热缺陷和微缺陷 这些缺陷加速了金属杂质的扩散 杂质与微缺陷相互作用 导致漏电流增大 发生低击穿现象 功耗增大 成品率降低 外延技术用于MOS器件集成化可显著提高电路的速度提高电阻率可以提高载流子的迁移率 从而增大了MOS电路的充放电电流 缩短了充放电时间 提高工作速度 减小MOS器件的电容效应 高电阻率的外延层使器件的寄生电容 扩散电容均减小 缩短了充放电时间 可以解决CMOS集成电路的闭锁效应 CMOS闭锁效应 CMOS倒相器中的寄生元器件结构 外延方法 物理气相外延蒸发溅射 化学气相外延通过化学反应来激活或强化生长的过程液相外延金属有机CVD淀积金属以及氧化物的多晶或无定型膜分子束外延淀积GaAs异质外延层 硅气相外延 利用硅的气态化合物 经过化学反应在硅的表面生长一层单晶硅 SiCl4 2H2 Si 4HCl 反应设备 采用卧室的反应器由石英反应腔 石墨基座 高频感应加热系统等 反应流程 装片通氢气清除石英管内中空气升温 一般为1100 1200 通氢气消除表面氧化层或HCl去除表面损伤层 去除HCl和杂质通氢气及掺杂源 获得经过掺杂的硅层关闭氢气 恒温数分钟 缓慢降温 300 下可以取片 采用RF射频加热的理由 1 升温速度快 降温速度快2 温度稳定性好3 射频感应加热可使反应器腔体壁温度远低于石墨基座 保证产物 择温淀积 在硅衬底上 外延生长的工艺环境 生长速率与浓度的关系在硅气相淀积中 在低浓度时生长速率与浓度成正比 高浓度时 反而降低 主要是产生了逆向腐蚀作用 生长速率与温度的关系在较高高温下 取决于气体源分子转移到生长层表面的快慢质量转移控制 在较底温度时 取决于生长层表面进行的化学反应速率表面反应控制 外延层中的杂质分布 自掺杂 凡是非反应气体中有意掺入的杂质所引起的对外延层施加的掺杂原因 1 由于外延生长必须在1000度以上的高温下进行的 不可避免的会存在杂质的热扩散和热迁移2 由于反应产物氯化氢对衬底的腐蚀 其中的杂质就会释放进入外延层 降低自掺杂效应的方法 在衬底上生长一层较薄的外延层 由它盖住衬底 阻止杂质的蒸发外延生长前用氯化氢气相抛光除掉衬底表面的微量污染物 可以经过离子注入的埋层来降低衬底表面的杂质浓度 外延层生长缺陷